量子技術的革命性突破:有史以來最龐大的量子網絡可供百萬人使用_風聞
Science_北京-不惧过往,不畏将来!2020-09-04 16:30


在新冠疫情流行背景下,該成果對互聯網主導的在線通訊的發展,以及應對日益增長的網絡攻擊威脅有重要意義。
運行中的網絡。圖中展示了所有8個用户的接收硬件。
目前,互聯網用户主要依靠複雜的密碼來保證信息安全。然而,黑客們已經越來越善於攻破這類密碼系統,進而發動全球性網絡攻擊。每年因此造成的隱私泄露和詐騙損失高達數萬億英鎊。
網絡科學家預計,傳統密碼系統的成本有可能大幅上升。因此,替代方案的選擇更加引人注目。多年來,量子技術一直被視為標準加密技術的革命性替代品。
當地時間9月2日,《科學進展》雜誌報道,英國布里斯托爾大學領導的量子技術項目取得了重大突破。
創建量子密碼是構建量子互聯網的基本前提。
他們設計的原型網絡,有望拓展為有史以來最龐大的量子網絡,供數百萬用户使用。在新冠疫情流行背景下,該成果對於互聯網主導的在線通訊的發展,以及應對日益嚴重的網絡攻擊威脅具有重要意義。
研究人員根據量子糾纏原理,開發了一項新技術,使信息絕對安全,不被攔截,並克服了成本、硬件資源等其他方面的挑戰。
論文主要作者、布里斯托爾大學量子工程技術實驗室(QET)研究人員、項目負責人Siddarth Joshi博士説:“這項新技術代表了重大突破,使得量子互聯網變得更具現實意義。此前,量子網絡的標籤是昂貴、耗時、耗資源,並且常常需要在安全性上作妥協,這與其目標是相悖的。我們的解決方案具備可擴展性、成本相對低廉,更重要的是,它是堅不可破的。新成果是令人興奮的遊戲規則改變者,將為量子網絡技術的高速發展和大範圍推廣奠定基礎。”
此前,有物理學家開發出了基於量子密鑰分配的安全加密形式。該過程允許雙方共享用於加密和解密信息的密鑰,而不存在截獲風險。然而,這種技術只在兩個用户之間有效。
量子網絡藝術圖。發光的線條代表8個用户共享的量子糾纏。
“截至目前,大家努力的方向都集中在擴大這種網絡上。而這涉及龐大的基礎設施建設,以及新增用户的獨立發射-接收系統的構建。這種以可信節點形式共享信息的方式是不夠的。因為它使用了太多額外的硬件,有可能造成信息泄露。”Joshi博士説。
為了提升安全性,Joshi團隊應用了量子糾纏原理——利用位於不同位置的兩個不同粒子的能量,同時模擬彼此。量子糾纏為量子計算機、傳感器和信息處理提供了更多可能性。
Joshi博士説:“這種被稱作多路複用的新方法,不需要複製整個通信系統。它只是將單個系統發出的光子一分為二,以便讓多個用户能有效地接收它們。”
研究人員只用8個接收盒就創建了8個用户的網絡。而使用之前的方法,同樣數量用户需要的接收盒多達56個。隨着用户數量的增多,它的劣勢變得越來越明顯——例如,創建100個用户的網絡,將需要9900個接收盒。
相比之前的量子系統需要耗費上百萬甚至上億英鎊且數年才能建成,新的網絡花費不到30萬英鎊,且幾個月就能完成。而且隨着網絡的擴大,經濟優勢就會愈加明顯。比如原來承載100個用户的系統需要5億成本,Dr. Joshi 確信新技術能將成本縮減至450萬,不到原成本的1%。
編譯:雷鑫宇
審稿:西莫
責編:朱明逸
期刊來源:《科學進展》
期刊編號:2375-2548
原文鏈接:
https://phys.org/news/2020-09-revolutionary-quantum-breakthrough-paves-safer.html
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